2asder chauffe eau solaire indiv
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8/16/2019 2ASDER Chauffe Eau Solaire Indiv
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Le chau ffe-eau so laire
indiv iduel
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Eau froideEau réchauffée
Fonctionnement en
thermosiphon
Monobloc
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Implantation en
toiture
Eau
froide
Eau
réchauffée
Des systèmes simples et assez
performants. La contrainte
principale étant de pouvoir mettre
le ballon de stockage à une altitude
supérieure aux capteurs.
Les capteurs doivent être adaptés
au fonctionnement en
thermosiphon.
Chauffe-eau à éléments séparés
Convection naturelle ou
thermosiphon
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Circulateur
Sonde de température
Régulation
Mitigeur
thermostatique
Echangeur de
chaleur
Eau froide
Eau chaudeEau mitigée
Chauffe-eau à éléments séparés
Convection forcée
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Le kit De Dietrich « Dietrisol » Le kit Sonnenklar
Exemple de chauffe-eau solaires en kit
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Les composants du chauffe-eau solaire « classique »
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Le clapet anti-retour
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Débit
H a u t e u
r m a n o m é t r
i q u e
Un circulateur à trois vitesses
permet de s’adapter plus facilement
au circuit hydraulique.
1
2
3
Pertes de charges dans le circuit
Courbes
caractéristiquesdu circulateur
Débit souhaité
Le circulateur fonctionnera en
vitesse 2.
Les circulateurs
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Système
Buderus
Circulateur à débit
variable Grundfoss
Les circulateurs à débit variable
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Les systèmes autovidangeables (drain back)
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Azote
Vanne deremplissage
Membrane
Arrivée du liquide en
expansion
Lorsque le circuit
hydraulique est vide, la
pression d'azote comprime
la membrane contre les
parois du vase.
La pression de remplissage
du circuit hydraulique
comprime déjà la membranedu vase à l'état froid et le
vase est partiellement rempli
de liquide : c'est le volume
initial au remplissage.
Lorsque le liquide du
circuit s'échauffe, sonvolume augmente et
comprime fortement
la membrane qui
absorbe ainsi la
dilatation.
Le vase d'expansion
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Le ballon solaire
Ballon à deux
échangeurs
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Le « Conus500 » de Consolar.
Les ballons à stratification améliorée
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Les injecteurs de stratification
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Le manomètre indiquela pression du circuit.
Soupape
avec
manomètreintégré.
Soupape de sécurité et manomètre
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Les vannes
Différentes vannes ¼ de tour
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Purgeur manuelPurgeur automatique
Les purgeurs
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Sonde placée dans un doigt degant mesurant la température du
fluide en sortie de capteur.
Sonde de température
placée au niveau del’échangeur du circuit
solaire.
Circulateur dont le
relais d’alimentation
est commandé par
un signal électrique
venant de la
régulation.
Câbleélectrique
La régulation
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Tc : température de la sonde capteur.
Tb : température du ballon.
Tc
Tb
Tc > Tb + Se
Se : seuil d’enclenchement
Sd : seuil de déclenchement
Circulateur en marche
OUI
NONTc > Tb + Sd
NON Arrêt du
circulateur
Le capteur a atteint une
température suffisante pourfournir de l’énergie au ballon.
La température
du capteur
n’est plus
suffisante pourfournir de
l’énergie au
ballon.
Le circulateur reste en
marche.
OUI
Le capteur est en
régime permanent.
Fonctionnement de la régulation
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L’échangeur à tube lisse estimmergé dans le ballon.
Echangeur annulaire,
utilisé en thermosiphon
Echangeur à plaques à
l’extérieur des ballons
Les échangeurs
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Le cuivre reste le matériau le plus utilisé
Les canalisations
Canalisations
préfabriquées
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Les isolants doivent résister à de hautes températures
L’isolation des canalisations
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Arrivée eau
chaude
Arrivée eaufroide
Eau mitigé
Mitigeur thermostatique
I t ll ti d d ti d’ h d it i i t t
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R R
Eau froide Eau froide
Eau à température de
consigne
Eau à température de
consigne
Production d’ECS électrique Production d’ECS par chaudière
Installation de production d’eau chaude sanitaire existante
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Eau froide Eau réchauffée
Eau à température deconsigne
Adaptation sur production d’ECS par chaudière
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Eau froideEau chaude
Eau à température deconsigne
Adaptation sur production d’ECS par cumulus
électrique
Calcul d’un chauffe eau solaire (données pour le calcul)
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Consommation
En absence de données, on considérera que la consommation d’eauchaude sanitaire représente 50l/j/pers. Un suivi des installations
solaires réalisées entre 2000 et 2004 donnent un ratio moyen de 35
l/jour/pers.
Volume de stockageLe volume de stockage devra être suffisamment important
pour couvrir la consommation quotidienne.
Cependant si ce volume est trop important, les capteurs
auront du mal à le monter en température.
En première estimation, on prendra un volume de 40 à 60
l/pers.
Surface de capteurs
La surface de capteurs dépend bien évidemment de nombreux
paramètres, notamment l’orientation des capteurs et les masques
éventuels qui font de l’ombre.
On pourra partir sur une base de 1 m² pour 40 à 50 l de stockage.
Calcul d un chauffe eau solaire (données pour le calcul)
Volume
appoint
Volume
solaire
Calcul d’un chauffe eau solaire (autres paramètres)
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Besoins
Pour calculer les besoins en ECS, il est nécessaire de connaître la
consommation d’eau chaude et la température d’eau froide.
Besoins = volume d’eau x chaleur spécifique x (T eau chaude- T eau froide)
En absence de données, on peut estimer la température moyenne annuelled’eau froide à la température annuelle moyenne de l’air.
Chaleur spécifique de l’eau = 1,16 kWh/m3/°C
Ensoleillement
L’ensoleillement incident sur la surface des capteurs se calcule en fonction
de l’ensoleillement global horizontal, de l’orientation et l’inclinaison descapteurs et des masques occultant une partie du rayonnement.
Des méthodes plus ou moins complexe sont intégrées dans les logiciels de
dimensionnement.
Calcul d un chauffe eau solaire (autres paramètres)
Variation des performances d’un chauffe-eau solaire type
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200 l / jour
4 m² de capteur
250 l
50 °C
3 Stations météo
45°
Su
d
Variation des performances d un chauffe-eau solaire type
Ensoleillement sur un capteur orienté plein sud à 45°
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Strasbourg
Ambérieu
Nice
0
1
2
3
4
5
6
7
8
J F M A M J J A S O N D
(kWh/m².j)
5,07
3,543,68
Un capteur orienté plein sud et incliné à 45° reçoit en moyenne30% d’ensoleillement en plus à Nice qu’à Strasbourg.
?
Ensoleillement sur un capteur orienté plein sud à 45
?Température d’eau froide
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15,1
9,710,7
Plus de 5°C d’écart en moyenne sur la température d’eaufroide entre le nord et le sud.
?Température d eau froide
0
5
10
15
20
25
J F M A M J J A S O N D
(°C)
Strasbourg
Ambérieu
Nice
Besoins journaliers 200 l/jour à 50 °C
-
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33
6
7
8
9
10
11
J F M A M J J A S O N D
(kWh/j)
Des besoins journaliers donc plus importants au nord qu’ausud.
8,1
9,4
9,1
?
Besoins journaliers 200 l/jour à 50 C
Strasbourg
Ambérieu
Nice
Production des capteurs
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34
La différence de production des capteurs n’est plus que de15% pour une différence d’ensoleillement de 30%.
1895
16101652
?
Production des capteurs
0
50
100
150
200
250
J F M A M J J A S O N D
(kWh/mois)
Strasbourg
Ambérieu
Nice
Taux de couverture des besoins
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35
64%
47%50%
Ce qui change, c’est le taux de couverture des besoins et non laquantité d’énergie produite.
?Taux de couverture des besoins
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
J F M A M J J A S O N D
Strasbourg
Ambérieu
Nice
Performances d’un chauffe-eau solaire type
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36
Bilan énergétique (kWh)
Consommation totale
2 500 à 2 600 (21)
2 400 à 2 500 (52)
2 300 à 2 400 (14)
2 200 à 2 300 (9)
Répartition
1 700
Economie due au solaire
Consommation d'appoint
Performances d un chauffe eau solaire type
Temps de retour d’un chauffe-eau solaire
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(Subventions déduites, famille de 4 personnes, prix de l’énergie oct.2006)
0
5
10
15
20
25
Bois
déchiqueté
Bois bûche
performant
Bois granulé Gaz naturel Electricité
Heures
creuses
Fuel Gaz propane Electricité Appareil
individuel gaz
sur bouteille
a n
n é
e
s
Nice
Strasbourg
p
Quel est le chauffe-eau le plus performant ?
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38
2600 kWh
200 l/j à 50°C
330 jours /an
2680 kWh
2300 kWh
200 l/j à 50°C
330 jours /an
2680 kWh
Celui qui consomme le moins d ’appoint !
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39
2600 kWh
2300 kWh
1870 kWh
1530 kWh
rendement ballon = 60 %
pertes = 1790 kWh
rendement ballon = 70 %
pertes = 1150 kWh
200 l/j à 50°C
330 jours /an
2680 kWh
200 l/j à 50°C
330 jours /an
2680 kWh
Prix du MWh solaire
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Hypothèses : Cesi 5 m²Prix : 6000 €, Economie :2,5 MWh/an, durée de vie : 25 ans avec 500 € de
maintenance
Energie économisée pendant 25 ans = 25 x 2,5 = 62,5 MWhInvestissement sur 25 ans = 6 000 + 500 = 6 500 €
Coût de l’énergie produite sur 25 ans = 6 500 / 62,5 = 104 €/MWh
Un chauffe-eau solaire permet donc de produire de la chaleur à 104
€/MWh sans subvention sur 25 ans.
C’est à dire au prix de l’électricité ou du propane aujourd’hui, sans gaz à effet
de serre, ni production de déchets.
Le fioul sera-t-il encore longtemps moins cher ?
Quelle énergie peut garantir un prix sur 25 ans ?
Prix du MWh solaire
Chauffe eau solaire individuel (1)
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Capteur intégré en toiture
Capteur en surimposition de toiture
Chauffe eau solaire individuel (2)
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Capteur sou vide en surimposition de toiture
Capteurs en allège de balcon